JP2010282799A - 荷電粒子線描画装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
複合型電磁界レンズにおいて投影レンズの収差を抑制する荷電粒子線描画装置を提供する。
【解決手段】
荷電粒子線を投影する投影系を有し、投影された荷電粒子線で基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、投影系は、磁場を発生する対称型磁気ダブレットレンズと、対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に電場を発生する静電レンズとを備え、静電レンズは、物体面側に配置された第１円筒電極と、像面側に配置された第３円筒電極と、第１円筒電極と第３円筒電極との間に配置された第２円筒電極と、を含み、第１円筒電極および第３円筒電極には、基板の電位と同一の電位を与え、第２円筒電極には、対称型磁気ダブレットレンズの瞳面に入射する荷電粒子線を加速する電位を与え、第２円筒電極は、対称型磁気ダブレットレンズの光軸の方向に分割された２つの円筒電極を含む、ことを特徴とする荷電粒子線描画装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線を投影する投影系を有し、投影された荷電粒子線で基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置に関する。

電子線やイオンビームに代表される荷電粒子線によりパターンを感光基板に描画する装置である荷電粒子線描画装置は、電子線露光装置として応用されている。
電子線露光装置においては、高スループット化を目的した装置開発が行われている。
スループットを向上させるには、露光電流を増大させる必要があるが、その際に問題になるのがクーロン効果である。このクーロン効果は電子同士の斥力により収束電子線のボケを生じ、解像度を劣化させるという問題を生ずる。スループットを向上させるために露光電流を増大させると解像度が劣化し、スループットと解像度との間のトレードオフ関係が存在する。
クーロン効果による収差を相当程度に抑えながら、露光電流を増大させる方法として、露光電流の平均密度をある程度低くする方法がある。比較的大きな露光領域（サブフィールド、数百ミクロン角程度）を照射して、電流密度を下げることで、クーロン効果を低減させ、スループットを維持する方法である。なお、転写マスクを用いる方式では、マスクコストがかかるという問題がある。
別の方法として、試料面での電子線の収束角を大きく設定する方法がある。しかしながら、露光面積（画角）を大きくし、且つ収束角を大きく設定すると、幾何学的収差が増大し、高解像度を実現するには、投影レンズの収差性能に厳しい要求が課されることになる。

また、投影レンズと試料との間に減速電界を加える方法がある。投影レンズの収差が低減し、試料面には低速で荷電粒子線が入射するので、レジストに要求される感度を低下させる効果や、試料面の加熱・変質を抑制する効果が期待できる。しかし、試料面の形状及びステージに配置された部材によって減速電界の乱れが生じ、寄生収差や荷電粒子線の位置ずれが発生する問題があった。その解決手段として、投影レンズ内に静電型ユニポテンシャルレンズを配置し、試料面に近い電極を設置することで、試料面に電界を発生させずに、減速電界を発生させる方法がある。

また、静電レンズの調整方法として、電極円周に沿って調整具を配置し、その調整具によって動作中に静電レンズを調整する方法が特許文献１に示されている。
また、電極の光軸方向位置および同心度を高精度に調節するため、各所にスペーサーを配置する方法が特許文献２に示されている。
しかし、これらの従来技術によっても、静電レンズの加工・組み立て工程における誤差を組み立て後に補正する方法が課題となっていた。

特開平１１−２１１８９７号公報 特開平５−３３４９７９号公報

本発明は、例えば、投影系の収差調整に有利な荷電粒子線描画装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の荷電粒子線描画装置は、荷電粒子線を投影する投影系を有し、前記投影された荷電粒子線で基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、前記投影系は、磁場を発生する対称型磁気ダブレットレンズと、前記対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に電場を発生する静電レンズとを備え、前記静電レンズは、物体面側に配置された第１円筒電極と、像面側に配置された第３円筒電極と、前記第１円筒電極と前記第３円筒電極との間に配置された第２円筒電極と、を含み、前記第１円筒電極および前記第３円筒電極には、前記基板の電位と実質的に同一の電位を与え、前記第２円筒電極には、前記対称型磁気ダブレットレンズの瞳面に入射する前記荷電粒子線を加速する電位を与え、前記第２円筒電極は、前記対称型磁気ダブレットレンズの光軸の方向に分割された２つの円筒電極を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、投影系の収差調整に有利な荷電粒子線描画装置を提供することができる。

本発明の実施形態の荷電粒子線露光装置の複合型投影レンズの断面図である。 本発明の実施形態における設定回転角度と真円度誤差収差量を示す図である。 本発明の実施形態における設定回転角度とチルト誤差収差量を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。荷電粒子線描画装置は荷電粒子線を投影する投影系を有し、荷電粒子線で基板にパターンを描画する装置である。図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態における荷電粒子線露光装置の模式的断面図である。投影系は磁場を発生する対称型磁気タブレットレンズとその磁場の中に電場を発生する静電レンズ系からなる複合型投影レンズで構成される。
対称型磁気タブレットレンズは上段の磁界レンズ１２と下段の磁界レンズ１５の上下２段に分かれている。静電レンズは、物体面側（物面側）から像面側に向かって順に第１円筒電極１９、第２円筒電極２０及び第３円筒電極２１の３つの円筒電極が配置される。また静電レンズは荷電粒子線の入射側と出射側の電位が変化しないユニポテンシャルレンズである。

静電レンズ１９，２０-１、２０−２、２１の効果について説明する。第１、第３円筒電極は接地され（基板の電位と実質的に同一の電位）、第２円筒電極には正極の高電圧（荷電粒子線を加速する電位）が印可される。これにより、投影レンズの瞳面で収束した荷電粒子線（対称型磁気ダブレットレンズの瞳面に入射する荷電粒子線）は第１円筒電極と第２円筒電極間で加速され、荷電粒子の相互作用よるクーロン収差を抑制することができる。また、静電レンズの第２円筒電極と第３円筒電極間で発生した減速電界により、対称型磁気ダブレットレンズのレンズ収差を低減することができる。
また、対称型磁気ダブレットレンズの光軸の方向に分割された第２円筒電極（２０−１、２０−２）の位置は、対称磁気ダブレットレンズの瞳位置１８に配置されている。 図１から分かるように、この位置において、軸上電子線２５と軸外電子線２４が収束し、電子線の電荷密度が高い個所で、クーロン効果が大きい個所である。分割された第２円筒電極の上部電極２０−１と下部電極２０−２は個別に回転方向の角度設定ができるように、それぞれ絶縁体２８、２９を介して回転駆動機構２６、２７（回転させる機構）が取り付けられている。

図２に、分割された第２円筒電極の下部電極２０−２を固定し、上部電極２０−１を回転駆動機構２６で光軸のまわりに回転させ、設定角度を変化させた時の上部と下部電極の内径の真円度誤差による静電レンズの寄生収差（非点収差）を示す。設定角度が０度の時は、第２円筒電極が分割されていない状態での収差量を示す。図より設定角度が１２０度で極小となり、４０％程度寄生収差が減少していることがわかる。
図３には第２円筒電極がチルト（傾斜）している場合について、第２円筒電極の上部電極２０−１を回転駆動機構２６で光軸のまわりに回転させ、設定角度を変化させた時の寄生収差（主にコマ収差）の変化を示す。設定角度が１８０度において極小値となり、第２円筒電極を分割しない場合に比較して、半減していることがわかる。このように静電レンズにおける長尺である第２円筒電極２０を分割し、各電極の少なくとも一方の回転角を調整することで、寄生収差を極小化することが可能となる。寄生収差は円筒電極の加工時の誤差である真円度からのずれと電極の組立時に発生する電極のチルト（傾斜）の誤差が主な原因である。

分割された電極２０−１，２０−２は高電圧が印可するためにそれぞれ絶縁体２８、２９を介して回転駆動機構２６，２７と結合され、上部電極２０−１の回転駆動機構２６は第１投影レンズ（磁気ダブレットレンズの上段の磁界レンズ１２）に固定されている。また絶縁体と電極との連結固定部での回転軸と第１投影レンズ１２の光軸が一致するように組立時に調整されている。下部電極２０−２も同様な方法で絶縁体２９を介して回転駆動機構２７に結合され、回転駆動機構２７は第２投影レンズ（磁気ダブレットレンズの下段の磁界レンズ１５）に固定されている。また第１円筒電極と第３円筒電極はそれぞれ第１投影レンズ、第２投影レンズに固定され支持されている。
このように上下の第２円筒電極の分割電極２０−１，２０−２は上下の投影レンズ１２，１５に固定され、回転駆動機構２６、２７により、電極の回転軸と磁界レンズの軸を一致させながら光軸のまわりに回転することができる。これにより、電極の加工・組立誤差による寄生収差を回転駆動機構２６、２７の調整により、極小化することができる。

［デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス他）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。
半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含み得る。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１２ 磁気ダブレットレンズの上段の磁界レンズ
１５ 磁気ダブレットレンズの下段の磁界レンズ
１９ 静電レンズの第１円筒電極
２０-１ 静電レンズの第２円筒電極の上部電極
２０-２ 静電レンズの第２円筒電極の下部電極
２１ 静電レンズの第３円筒電極
２６ 静電レンズの第２円筒電極の上部電極の回転駆動機構
２７ 静電レンズの第２円筒電極の下部電極の回転駆動機構
２８ 静電レンズの第２円筒電極の上部電極の絶縁体
２９ 静電レンズの第２円筒電極の下部電極の絶縁体

Claims (6)

1. 荷電粒子線を投影する投影系を有し、投影された荷電粒子線で基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、
   前記投影系は、磁場を発生する対称型磁気ダブレットレンズと、前記対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に電場を発生する静電レンズとを備え、
   前記静電レンズは、
   物面側に配置された第１円筒電極と、
   像面側に配置された第３円筒電極と、
   前記第１円筒電極と前記第３円筒電極との間に配置された第２円筒電極と、
   を含み、
   前記第１円筒電極および前記第３円筒電極には、前記基板の電位と同一の電位を与え、前記第２円筒電極には、前記対称型磁気ダブレットレンズの瞳面に入射する荷電粒子線を加速する電位を与え、
   前記第２円筒電極は、前記対称型磁気ダブレットレンズの光軸の方向に分割された２つの円筒電極を含む、
   ことを特徴とする荷電粒子線描画装置。
2. 前記２つの円筒電極の少なくとも一方を前記光軸のまわりに回転させる機構を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画装置。
3. 前記２つの円筒電極は、前記対称型磁気ダブレットレンズを構成する２つの磁界レンズによりそれぞれ支持されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子線描画装置。
4. 前記２つの円筒電極は、前記２つの磁界レンズにより絶縁体を介してそれぞれ支持されている、ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線描画装置。
5. 前記第１円筒電極と前記第３円筒電極とは、前記対称型磁気ダブレットレンズを構成する２つの磁界レンズによりそれぞれ支持されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子線描画装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の荷電粒子線描画装置を用いて基板にパターンを描画する工程と、
   前記パターンが描画された基板を現像する工程と、
   前記現像された基板を加工する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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